تأثیر اندازه قطر نانوذرات هدف در شتاب دهی لیزری پروتون در رهیافت TNSA

یکی از رایج ترین روش های شتاب دهی پروتون, روش شتاب دهی از غلاف پشت هدف (TNSA) می باشد. استفاده از یک لایه فوم در جلوی هدف اصلی نقش به سزایی در میزان جذب انرژی لیزر توسط الکترون ها و به تبع آن شتاب دهی پروتون ایفا می کند. این لایه می تواند با چگالی یکنواخت و همگن و یا با چگالی موضعی در یک ساختار نانو باشد. در این پژوهش با فرض به کارگیری لایه فوم با ساختار نانو و با استفاده از شبیه سازی های دو بعدی ذره ای, به مطالعه اثر اندازه نانوذرات پیش لایه در انرژی نهایی پروتون پرداخته می شود. ذرات با شعاع های 10, 60 و 120 نانومتر و نیز با اندازه های تصادفی در بازه 10 تا 120 نانومتر در هدف با لایه فومی در دو ضخامت 10 و 20 میکرومتر و با چگالی میانگین نزدیک بحرانی در شدت لیزری 10 = a (معادل 2W/cm 1020≈ I) مطالعه و شبیه سازی شده اند. مطابق با نتایج به دست آمده در هدف با ضخامت 10 میکرومتر اختلاف بیشینه انرژی جمعیت الکترونی و در نتیجه پروتون ها ناچیز و قابل صرف نظر کردن است. هر چند با افزایش ضخامت هدف, تغییر اندازه شعاع نانوذرات تأثیر قابل توجهی در انرژی نهایی طیف پروتون می گذارد. به طوری که با کوچک کردن اندازه شعاع نانوذرات از 120 نانومتر به 10 نانومتر افزایش حدود %45 در بیشینه انرژی پروتون مشاهده می شود.